Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
L'histoire des matériaux inorganiques et hybrides organique-inorganiques élaborés selon le procédé sol-gel est jalonnée de rebondissements avec des échecs et des réussites industrielles intermittentes ou durables. Malgré un essor remarquable en recherche, qui s'affiche avec une forte croissance annuelle des publications, les difficultés liées à la reproductibilité des méthodes de synthèse et à la production de produits fiables ont été les freins principaux à leur industrialisation. C'est le cas des matériaux à base de blocs monolithiques de xérogel, longtemps délaissés au profit d'applications à base de films minces et de poudres, qui retrouvent aujourd'hui un nouvel élan sous forme de capteurs nanoporeux et colorimétriques pour la détection des polluants de l'air. Les exemples de capteurs de formaldéhyde et de trichloramine à base de xérogels sont ici donnés. Ils illustrent la réussite de deux transferts industriels d'un laboratoire du CEA et du CNRS vers la start-up ETHERA.
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Thu-Hoa TRAN-THI : Directrice de recherche CNRS - Laboratoire des Édifices Nanométriques, UMR 3685 NIMBE, CEA-Saclay, IRAMIS, Gif-sur-Yvette, France
INTRODUCTION
Les matériaux « sol-gel » sont présents dans de nombreuses applications, essentiellement sous forme de poudre ou de films minces de revêtement. On trouve ainsi des poudres pour les catalyseurs chimiques , dans les formulations cosmétiques ou de médicaments , comme matériaux abrasifs ou encore comme isolants thermiques pour le bâtiment . Les applications sous forme de films minces sont très nombreuses notamment dans le domaine optique pour les revêtements ophtalmiques, les revêtements pour le vitrage, la synthèse de fibres optiques, ou encore dans le domaine des capteurs fluorescents . On trouve également des revêtements de protection contre la corrosion de pièces métalliques, des revêtements diélectriques et d'électrodes en électrochimie . Dans les domaines émergents, on peut trouver les textiles techniques, la production de tissus osseux artificiels et la dentisterie ou encore la biocatalyse enzymatique .
Parmi les matériaux hybrides sol-gel, on trouve cependant très peu d'études et d'applications des xérogels monolithiques, car contrairement aux poudres et films minces , la production de blocs monolithiques transparents, de qualité optique et exempts de craquelures, est loin d'être aisée. Cette difficulté a fort longtemps rebuté les industriels, qui ont préféré utiliser des verres poreux dopés de molécules-sonde par imprégnation en voie liquide, avec le désavantage d'un relargage de ces molécules lorsqu'elles ne sont pas chimiquement attachées au réseau poreux. Avec les xérogels monolithiques, la possibilité de séquestrer des molécules-sonde dans le réseau poreux sans avoir recours à des modes compliqués de synthèse représente un avantage indéniable. Deux exemples rares d'application des xérogels dans le domaine des capteurs chimiques colorimétriques sont ici donnés. Ils concernent les capteurs pour la détection de deux polluants toxiques, le formaldéhyde et la trichloramine, qui ont fait l'objet d'un transfert technologique et qui sont actuellement fabriqués par Ethera, une start-up pionnière dans la production de capteurs à base de xérogels monolithiques.
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MOTS-CLÉS
Matériaux hybrides xérogel trichloramine formaldéhyde capteurs colorimétriques pollution de l'air
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Procédé sol-gel : une méthode simple de production de matériaux poreux
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4. Conclusion
L’histoire des matériaux sol-gel est jalonnée de nombreuses découvertes et pourtant très peu d’entre elles ont conduit à une industrialisation. Le coût des matières premières, la reproductibilité de la méthode de synthèse et du processus de séchage qu’il faut adapter à chaque formulation, ont été les freins principaux. Cependant, comme le lecteur a pu le voir dans le cas des aérogels, la découverte d’une nouvelle source peu coûteuse de Si permettant une réduction importante du coût de production et l’avènement des nouveaux besoins en matière d’isolation thermique et phonique ont concouru à faire exploser le marché des aérogels. Dans un tout autre domaine, la start-up Ethera a ouvert la voie en montrant qu’il est possible de produire des xérogels monolithiques, de bonne qualité optique, pour la détection optique de polluants atmosphériques présents à de très faibles teneurs. Sur cette lancée, d’autres applications ne tarderont pas à émerger, tant le potentiel de ces matériaux est élevé. Les publications récentes dans le domaine de la détection des bactéries, via le piégeage de composés organiques volatils par des xérogels fonctionnalisés ont montré une voie prometteuse d’utilisation de ces matériaux . Des kits de mesure pour un diagnostic non invasif de maladies via la détection de composés...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - PARLETT (C.M.A.), WILSON (K.), LEE (A.F.) - Hierarchical porous materials : catalytic applications - Chem. Soc. Rev., 42, 3876-3893 (2013).
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(3) - VALLET-REGI (M.) - Mesoporous Silica Nanoparticles : Their Projection in Nanomedicine - International Scholarly Research Network, ISRN Materials Science, Volume 2012, Article ID 608548, 20 pages, doi:10.5402/2012/608548.
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(4) - RIFFAT (S.B.), QIU (G.) - A review of state-of-the-art aerogel applications in buildings - International Journal of Low-Carbon Technologies, 1-6 (2012).
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(5) - TRAN-THI (T.-H.), DAGNELIE (R.), CRUNAIRE (S.), NICOLE (L.) - Optical chemical sensors based on hybrid organic-inorganic sol-gel nanoreactors - Chem. Soc. Rev., 40, 621-639 (2011).
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NORMES
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Air intérieur – Partie 3 : dosage du formaldéhyde et d’autres composés carbonylés – Méthode par échantillonnage actif (indice de classement : X43-404-3). - NF ISO 16000-3 - 2002
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Air intérieur – Partie 4 : dosage du formaldéhyde – Méthode par échantillonnage diffusif (indice de classement : X43-404-4). - NF ISO 16000-4 - 2006
1 Données statistiques et économiques
Les appareils commercialisés pour la quantification des aldéhydes ou sélectifs au formaldéhyde sont présentés tableau 1.
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